JP6210209B2 - モノフィラメント様高強度ポリエチレン繊維 - Google Patents

Description

本発明は、新規なモノフィラメント様の高強度ポリエチレン繊維に関する。更に詳しくは、本発明は釣り糸やコンクリート補強材等の民生用または産業用に応用可能なモノフィラメント様高強度ポリエチレン繊維に関する。

従来から、一般に知られている釣り糸としては、ポリアミド，ポリエステル，ポリオレフィン系等からなる合成繊維糸や、ステンレス，タングステン金属，アモルファス金属等からなる金属繊維糸が知られている。これらの中で高強力及び引張弾性率のポリエチレンマルチフィラメントは一般に組紐機械と言われている組機を用いて組紐に加工されモノフィラメントらしくした釣り糸が知られているが、近年、組紐でない擬似モノフィラメントが登場している。例えば特許文献１では高強力及び引張弾性率のポリエチレンマルチフィラメントへ、クロスヘッドダイ加圧押出の方法により溶融樹脂をワイヤーコーティングする擬似モノフィラメントが製造され高強度で耐摩擦性を要求される種々の成形品に用いられている。前記構造物としては、代表的にはポリエチレンマルチフィラメントにエチレンーアクリル酸コポリマーの下塗り等の前処理をした後にクロスヘッドダイに通して、ダイ内においてこれにコアヤーンの融点以上で高密度ポリエチレンやポリエチレンワックス等の溶融樹脂をコートし、コートしたヤーンを該ポリマー溶融物の融点以下に冷却するという技術が知られていた。しかしながら、コアヤーンに対し３割以上のコートが必要なことから、見かけの強度が十分でなかった。

また、ゲル紡糸された超高分子量ポリエチレンマルチフィラメントを編組み若しくは加撚又は諸撚りされた糸を約１５０℃〜１５５℃の範囲内に温度に十分な時間暴露して、隣接するフィラメントの接触表面を少なくとも一部融着させ、糸の表面を硬く仕上げた擬似モノフィラメントの製造技術が知られていた。（特許文献２参照）

更に超高モル質量ポリエチレンマルチフィラメントヤーンへパラフィンのような非揮発性のポリエチレン用溶剤をディッピングまたはウェッティングにより塗布し、加熱された雰囲気下に配置された複数個の溝付きガイドローラー間を通し機械的な圧縮によって、非多孔質の外部溶融表面層を形成したシース・コア構造の擬似モノフィラメントの製造技術が知られていた。（特許文献３参照）

更に多数の連続ポリオレフィンフィラメントの前駆体（超高分量ポリエチレンマルチフィラメント）へ撚りまたはエアー交絡を加え、パラフィンのような非揮発性のポリエチレン用溶剤をディッピングまたはウェッティングにより塗布し、ポリオレフィンの融点範囲内に加熱された雰囲気下に配置された複数個の溝付きガイドローラー間を通し、隣接する繊維を少なくとも部分的に溶融する擬似モノフィラメントの製造技術が知られていた。（特許文献４参照）

これらのようなシース・コア構造の擬似モノフィラメントは、耐摩耗性が向上しピリングのような表層剥離作用の傾向が殆どない平滑な表面を示している。しかし、かかる従来技術は、超高分子量ポリエチレンマルチフィラメントの径方向や周方向に溶融樹脂の含浸ムラが生じるなどの問題点があった。この様な溶融樹脂の含浸ムラがあると、未含浸繊維部分の残存により、製造工程中にヤーンを構成する単糸が破断し、毛羽立ちを招き、最終的には製造装置内における糸切れや製品である釣り糸等に毛羽が生じ品質上の欠陥を生じさせる原因となっていた。またこの様なシース・コア構造の擬似モノフィラメントを製造するには専用の機械設備や網組みや撚掛け等の前処理工程と溶融樹脂の含浸を行なう製造工程が増えるという問題点があった。

特表平１０−５０４０７３号公報 特開平９−９８６９８号公報 特表２００８−５１７１６７号公報 特表２００８−５１７１６８号公報

本発明は、かかる従来技術の様な前処理工程や溶融樹脂の付与による後加工が必要な擬似モノフィラメントの課題を背景になされたものである。すなわち、本発明の目的は、編組や撚り掛け等の前処理工程が不要で、且つ高強度ポリエチレンマルチフィラメントをコアとした周方向から溶融樹脂を含浸付与すること無く、紡糸工程にて隣接する繊維同士を融着させたモノフィラメント様高強度ポリエチレン繊維を提供することにある。

本発明者らは鋭意検討した結果、以下に代表される発明に到達した。すなわち、本発明は以下の構成からなる。

（１）繰返し単位が実質的にエチレンである超高分子量ポリエチレンからなり、平均強度が２０ｃＮ/ｄｔｅｘ以上であり、示差走査型熱量測定（DSC)における昇温速度１０℃/分でのＤＳＣ曲線が１２５〜１３５℃の温度領域（低温側）に少なくとも１本の融解ピークを示し、かつ１４０℃〜１４８℃の温度領域（高温側）に少なくとも１本の融解ピークを示すことを特徴とする高強度ポリエチレン繊維。
（２）示差走査型熱量測定（DSC)における昇温速度１０℃/分でのDSC曲線における低温側の最大融解ピークと高温側の最大融解ピークとの高さの比が１：１０〜１：２０である、（１）に記載の高強度ポリエチレン繊維。
（３）示差走査型熱量測定（DSC)における昇温速度１０℃/分でのDSC曲線における低温側の最大融解ピークと高温側の最大融解ピークとの面積の比が１：２〜１：８である、（１）又は（２）に記載の高強度ポリエチレン繊維。
（４）前記超高分子量ポリエチレンの極限粘度数が５以上３０以下である、請求項（１）〜（３）のいずれかに記載の高強度ポリエチレン繊維。
（５）一般紡績糸試験方法(JIS L 1095)のうち摩耗強さを測定するＢ法に準拠した摩擦試験において、摩擦回数１００後に繊維同士の融着が保持されていることを特徴とする、（１）〜（４）のいずれかに記載の高強度ポリエチレン繊維。

本発明により、従来の高強度ポリエチレン繊維と同程度の強度および弾性率を有する高強度ポリエチレン繊維であって、隣接する複数本の繊維同士が融着しており、摩擦に対する高い耐摩擦性を有するモノフィラメント様高強度ポリエチレン繊維を提供することができる。

は、モノフィラメント様高強度ポリエチレン繊維の示差走査熱量測定（ＤＳＣ）により得られた昇温、冷却、最昇温のＤＳＣ曲線を示す。 は、実施例１のモノフィラメント様高強度ポリエチレン繊維の摩擦試験後の状態を示す。 は、実施例２のモノフィラメント様高強度ポリエチレン繊維の摩擦試験後の状態を示す。 は、実施例３のモノフィラメント様高強度ポリエチレン繊維の摩擦試験後の状態を示す。 は、実施例４のモノフィラメント様高強度ポリエチレン繊維の摩擦試験後の状態を示す。 は、比較例１のポリエチレン繊維の摩擦試験後の状態を示す。 は、比較例２のポリエチレン繊維の摩擦試験後の状態を示す。 は、比較例３のポリエチレン繊維の摩擦試験後の状態を示す。 は、モノフィラメント様高強度ポリエチレン繊維の表面形態を示す。 は、モノフィラメント様高強度ポリエチレン繊維の断面形態を示す。 は、モノフィラメント様高強度ポリエチレン繊維の断面を拡大した状態を示す。

以下、本発明を詳述する。
本発明のモノフィラメント様高強度ポリエチレン繊維は、繰返し単位が実質的にエチレンである超高分子量ポリエチレンからなる。ここで、繰返し単位が実質的にエチレンである超高分子量ポリエチレンとは、繰返し単位の９９．５ｍｏｌ％以上、好ましくは９９．８ｍｏｌ％以上がエチレンからなる実質的なエチレンホモポリマーであり、極限粘度数が５以上、好ましくは８以上、さらに好ましくは１０以上であるポリエチレンを意味する。なお、重合の副反応や重合速度を向上させたり、最終的に得られる繊維のクリープ特性などを改善する目的で、ごく少量のα−オレフィンなどの共重合成分を加えて分岐を導入することは推奨されるが、共重合成分が多くなると、繊維の耐久性を向上させるには好ましくない。例えば、α−オレフィンを共重合すると、結晶内での分子鎖間の滑りが抑制され、連続的な繰返し変形に対して応力を緩和できなくなると考えられるからである。また、原料ポリマーの極限粘度数が５未満であると、繊維の力学的特性、特に引張強度を発現することが困難である。他方、極限粘度数に上限はないが、製糸上の安定性や生産速度、繊維の耐久性などを考慮すると、極限粘度数は３０以下であることが好ましい。極限粘度数が３０を越えると、例えば、紡出糸の延伸条件によっては耐久性が低下する場合がある。

かくして、繰返し単位が実質的にエチレンである超高分子量ポリエチレンからなる本発明のモノフィラメント様高強度ポリエチレン繊維は、極限粘度数が５以上となる。ここで、繊維の極限粘度数は、１３５℃のデカリン中で粘度測定し、η_ｓｐ／ｃ（η_ｓｐは比粘度、ｃは濃度）を濃度０に補外した値である。実際には、いくつかの濃度で粘度測定を行い、比粘度η_ｓｐの濃度ｃに対するプロットの最小二乗近似で得られる直線の原点への内挿点から極限粘度数を決定する。

さらに、原料ポリマーの超高分子量ポリエチレンは、最終的に得られる繊維が上記の極限粘度数を満足するものであれば、特に限定されないが、繊維の耐久性を極限まで高めるには、分子量分布がより狭い原料ポリマーを用いることが好ましく、メタロセン系触媒などの重合触媒を用いて得られる分子量分布指数Ｍｗ／Ｍｎが５以下の原料ポリマーを用いることがさらに好ましい。

本発明のモノフィラメント様の高強度ポリエチレン繊維は、平均強度が２０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上である。ここで、平均強度は、引張試験機を用いて、試料長２００ｍｍ（チャック間長さ）、伸長速度１００％／分、雰囲気温度２０℃、相対湿度６５％の条件下で、歪−応力曲線を求め、得られた曲線の破断点での応力から算出した強度（ｃＮ／ｄｔｅｘ）の平均値である（測定回数は１０回）。

本発明のモノフィラメント様高強度ポリエチレン繊維は隣接する繊維同士が融着していることが特長であり、融着とは繊維同士の境目が分り難いほど接していることをいう。代表的なモノフィラメント様高強度ポリエチレン繊維の表面形態の拡大写真を図９に、断面形態の拡大写真を図１０及び図１１に示す。融着の保持とは試料に摩擦を加えても隣接する繊維同士の融着が外れない、もしくは繊維浮きが１本〜３本以下の状態をいう。一般紡績糸試験方法(JIS L 1095)のうち摩擦に対する強さを測定するB法に準拠した摩擦試験において、一般的に摩擦試験は試料が破断するまでの回数を評価しているが、ここでは破断に至るまでの回数ではなく、試料に１００回の摩擦を加えた後の試料の状態を示す。

本発明のモノフィラメント様高強度ポリエチレン繊維は、示差走査熱量測定（ＤＳＣ）における昇温ＤＳＣ曲線が１２５℃〜１３５℃の温度領域（低温側）に少なくとも１本の融解ピークを示し、かつ１４０〜１４８℃の温度領域（高温側）に少なくとも１本の融解ピークを示す。ここで、昇温ＤＳＣ曲線は、試料を５ｍｍ以下に切断し、完全に無拘束の状態で、不活性ガス下、１０℃／分の昇温速度で室温から２００℃まで温度を上昇させて得るものとする。なお、融解ピークは、ピーク温度が正確に読み取れるものだけを採用し、得られた昇温ＤＳＣ曲線のベースラインを補正した後で、ピーク温度およびピーク高さを読み取る。ここで、ベースラインとは、プラスティックの転移温度測定方法（ＪＩＳ Ｋ ７１２１）に示されているように、試験試料に転移および反応を生じない領域でのＤＳＣ曲線である。また、ピーク高さは、内挿されたベースラインとピークの頂点の間の横軸に垂直な距離を表す。このプラスティックの転移温度測定方法（ＪＩＳ Ｋ ７１２１）では、ピークとは、ＤＳＣ曲線において、曲線がベースラインから離れてから再度ベースラインに戻るまでの部分と定義されているが、本発明では、得られた昇温ＤＳＣ曲線を微分して微分値が正から負に変化する場合のみをピークとした。微分値が正または負のままで単調増加から単調減少に変化する点をショルダーとした。

本発明において融解ピークが２つに分離するのは、モノフィラメント様高強度ポリエチレン繊維の製造プロセスによって生じ、特に１２５℃〜１３５℃の温度領域（低温側）は、超高分子量ポリエチレン繊維の一部が融解した未配向（非結晶構造）部分の融解に由来していると考えられる。例えば示差走査型熱量測定（DSC)において図１の様な昇温→冷却→再昇温の繰り返しのDSC曲線の場合、最初の昇温によって、１２５℃〜１３５℃の温度領域（低温側）の超高分子量ポリエチレン繊維の一部が融解した未配向（非結晶構造）部分が融解し、更なる昇温によって１４０℃〜１４８℃の温度領域（高温側）にて公知の通り高配向（結晶構造）の超高分子量ポリエチレン繊維が融解する、冷却後、再昇温よって、１２５℃〜１３５℃の温度領域（低温側）に融解ピークが生じる。この融解ピークは、丁度、最初に昇温した超高分子量ポリエチレン繊維の一部が融解した未配向（非結晶構造）部分が融解した融解温度域と一致することから、モノフィラメント様高強度ポリエチレン繊維の製造時に繊維同士の融着に寄与する融解がすでに生じていたと考えられる。

上記のように、本発明のモノフィラメント様高強度ポリエチレン繊維は、示差走査熱量測定（ＤＳＣ）における昇温ＤＳＣ曲線が１００℃〜１８０℃の温度域に少なくとも２本の融解ピークを示し、１４０℃〜１４８℃の温度領域（高温側）は超高分子量ポリエチレン繊維の融解ピークであって、この１４０℃〜１４８℃の温度領域（高温側）より約１０℃低い１２５℃〜１３５℃の温度領域（低温側）には超高分子量ポリエチレン繊維の一部が融解した未配向（非結晶構造）部分の融解ピークが生じる。本発明者らは１２５℃〜１３５℃の温度領域（低温側）に融解ピークが生じない場合は繊維同士の融着が不完全であるのに対し、１２５℃〜１３５℃の温度領域（低温側）に融解ピークが生じると繊維同士が融着したモノフィラメント様高強度ポリエチレン繊維が得られることを見出した。繊維同士の融着に由来する低温側の融解ピークの温度領域は１２５℃〜１３５℃、好ましくは１２８℃〜１３５℃、さらに好ましくは１３０℃〜１３５℃である。この低温側の温度領域が１２５℃を下回ると超高分子量ポリエチレン繊維の一部が融解した未配向（非結晶構造）部分の融解でなく、固体パラフィンのような不揮発性の溶剤などが含まれているとみられる。逆に、この低温側の温度領域が１３５℃を超えると１４０℃〜１４８℃の温度領域（高温側）にある超高分子量ポリエチレン繊維の融解ピークと混在することになり、繊維同士が融着していても十分な延伸ができておらず、高強度ポリエチレン繊維にふさわしい引張強度や弾性率が得られない。

本発明モノフィラメント様高強度ポリエチレン繊維は、長手方向全般に融着しているため、任意の１箇所のＤＳＣ曲線に少なくとも２本の融解ピークが見られる。しかしながら、製造工程中や製織製編工程中の金属摩擦等によって、繊維同士の融着が外れ、部分的に繊維浮きが生じることもある。そこで、繊維の長手方向にランダムに５箇所から試料を取得してＤＳＣを測定し、そのうち３箇所以上のＤＳＣ曲線において少なくとも２本の融解ピークを示した場合も、モノフィラメント様高強度ポリエチレン繊維であると判断でき、本発明の範囲内である。

低温側の融解ピークと高温側の融解ピークの各温度領域における最大融解ピークの高さの比は、低温側を１とした場合１：１０〜１：２０であり、好ましくは１：１２〜１：２０、さらに好ましくは１：１４〜１：１８である。この比が１：１０より小さくなる、すなわち低温側の融解ピークが相対的に高くなると、繊維同士の融着が進み過ぎ、強度低下を招くばかりかモノフィラメント様高強度ポリエチレン繊維を製造中に糸切れ等のトラブルが生じ易くなる。逆に、この比が１：２０よりも大きくなると、すなわち低温側の融解ピークが相対的に低くなると、これは繊維同士の融着が弱く、マルチフィラメントの様な形態になる。

低温側の融解ピークと高温側の融解ピークの各温度領域における融解ピーク面積の比は低温側を１とした場合、１：２〜１：８であり、好ましくは１：４〜１：８、さらに好ましくは１：４〜１：６である。この比が１：２より小さくなると、すなわち低温側の融解ピーク面積が相対的に大きくなると、繊維同士の融着が進み過ぎ、強度低下を招くばかりかモノフィラメント様高強度ポリエチレン繊維を製造中に糸切れ等のトラブルが生じ易くなる。逆に、融解ピーク面積の比が１：６よりも大きくなると、すなわち低温側の融解ピーク面積が相対的に小さくなると、これは繊維同士の融着が弱く、マルチフィラメントの様な形態になるためである。融解ピーク面積の面積比の解析は、融点ピーク面積をプロットした用紙を切り抜き、重量を量り、重量比から面積比を算出する簡易的な方法や市販の解析ソフトなどを用いて算出することができる。本発明においては、後述のとおり用紙を用いた重量比から算出する方法を採用した。

本発明のモノフィラメント様高強度ポリエチレン繊維を製造する方法は、慎重でかつ新規な製造法を採用する必要があり、以下に説明する方法を推奨するが、もちろんそれに限定されるものではない。

まず、上記の超高分子量ポリエチレンを溶剤に均一溶解して紡糸液を得る。紡糸液中における濃度は、通常５０％以下、好ましくは３０％以下である。溶剤としては、デカリンやテトラリンなどの揮発性の溶剤、流動パラフィンや固体パラフィンなどの不揮発性の溶剤が挙げられるが、揮発性の溶剤を用いることが好ましい。常温で固体または非揮発性の溶剤では、糸条から溶剤を抽出する速度が緩慢であり、揮発性の溶剤では、紡糸の際に、繊維表面の溶剤がより積極的に蒸発し、繊維表面に濃度が高くかつ分子鎖がより配向しかつ分子鎖同士が連結した特異な結晶構造を形成することが可能になるからである。またゲル紡糸、乾式紡糸、湿式紡糸、さらには溶融紡糸においても、つまり紡糸全般において、太繊度のモノフィラメントを製造すると、分子鎖を十分に配向させられずに満足のいく強度が得られない、満足のいく強度を得る為には繊維を細く延伸する必要があり、太繊度でありながら高強度で高弾性率のモノフィラメントの製造は難しい為に、後加工にて高強力ポリエチレン繊維をコアとして外周から溶融樹脂を含浸させた擬似モノフィラメントを製造する方法が公知の常識であった。本発明者らは、従来の後加工による溶融樹脂を含浸させる方法ではなく、紡糸工程において、積極的に複数本の繊維同士を融着させることで、高強度および高弾性率を維持しながら、モノフィラメント様高強度ポリエチレン繊維が得られることを見出した。

本発明のモノフィラメント様高強度ポリエチレン繊維における繊維同士の融着は、（１）紡糸口金から吐出した紡出糸に含まれる揮発性溶剤の蒸発を抑え、延伸オーブン中を通過する紡出糸に含まれた揮発性溶剤と、（２）ガイドローラー溝形状による繊維の集束と、（３）延伸オーブンの熱のそれぞれを調整することによって形成することができ、こうして５％〜１１％程度の揮発性溶剤であるデカリンが残留した未延伸糸が得られる。

こうして得られた未延伸糸は、再度、加熱して揮発性溶剤を蒸発させながら、数倍に延伸する。場合によっては、多段延伸を行ってもよい。紡糸の際に形成された繊維同士の融着形態は、後の延伸工程で消失することはなく、上記のように極めて優れた融着特性を有するモノフィラメント様高強度ポリエチレン繊維を得ることができる。得られたモノフィラメント様高強度ポリエチレン繊維は、切断しても、カット面に毛羽浮きが起こり難い、カットファイバーやステープルを得ることができる。

本発明のモノフィラメント様高強度ポリエチレン繊維は、従来の高強度ポリエチレン繊維と同程度の強度および弾性率を有しながら、繊維同士が融着したモノフィラメントであることが優れている。それゆえ、本発明のモノフィラメント様高強度ポリエチレン繊維は、産業用または民生用の各種ロープ・ケーブル類、特に係留用ロープ、ホーサーなどの長期的に使用される動策ケーブル、ブラインドケーブル、プリンターケーブルに適しており、釣り糸、テント、スポーツソックスやユニホームなどの各種スポーツ用品および衣料の素材としても有用である。また上記の特長に起因して、コンクリート材との練混ぜ性や施工時の流動性に優れている事からコンクリート用の補強繊維としても有用である。

以下、本発明を実施例によりさらに詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されない。まず、本発明のモノフィラメント様高強度ポリエチレン繊維を実施例１〜４および比較例１〜５を例示する。なお、各実施例および比較例で作製したモノフィラメント様ポリエチレン繊維は、下記の測定法および試験法で物性を測定し、性能を評価した。

繊維の極限粘度数
１３５℃のデカリン中、ウベローデ型毛細粘度管を用いて、様々な濃度の希薄溶液の粘度を測定し、その比粘度の濃度に対するプロットの最小二乗近似で得られる直線の原点への内挿点から極限粘度数を決定した。なお、粘度測定に際して、試料は長さ約５ｍｍに切断し、試料に対して１ｗｔ％の酸化防止剤（商標名「ヨシノックスＢＨＴ」、吉富製薬製）を添加し、１３５℃で４時間攪拌・溶解して、測定溶液を調製した。

繊維の強度および弾性率
オリエンティック社製「テンシロン」を用いて、試料長２００ｍｍ（チャック間長さ）、伸長速度１００％／分、雰囲気温度２０℃、相対湿度６５％の条件下で、歪−応力曲線を求め、得られた曲線の破断点での応力から強度（ｃＮ／ｄｔｅｘ）を算出し、曲線の原点付近の最大勾配を与える接線から弾性率（ｃＮ／ｄｔｅｘ）を算出した。なお、測定回数は１０回とし、その平均値で表した。

繊維の示差走査熱量測定（ＤＳＣ）
ＤＳＣは、テキサス・インスルメンツ社製「ＤＳＣＱ１００」を用いて行った。試料を５ｍｍ以下に切断し、アルミパンに約２ｍｇ充填・封入し、同様の空のアルミパンをリファレンスにして、窒素ガス下、１０℃／分の昇温速度で室温から２００℃まで温度を上昇させ、昇温ＤＳＣ曲線を求めた。得られた昇温ＤＳＣ曲線のベースラインを補正し、１２５℃〜１３５℃の温度領域（低温側）および１４０℃〜１４８℃の温度領域（高温側）における最大融解ピーク温度およびピーク高さを求め、低温側の最大融解ピークと高温側の最大融解ピークとの高さの比を算出した。更に低温側の融解ピーク面積と高温側の融解ピーク面積の比は、融解ピークをプロットした用紙をベースラインとピーク曲線に沿って切り抜き、重量比を面積比として算出した。

繊維の摩擦試験
耐摩擦性は、一般紡績糸試験方法（ＪＩＳ Ｌ １０９５）のうち摩擦強さを測定するＢ法に準拠した摩擦試験により評価した。なお、２．０ｍｍφの硬質鋼を摩擦子として用い、荷重６ｇ／ｄｔｅｘ、摩擦速度１１５回／分、往復距離２．５ｃｍ、摩擦角度１１０°で試験し、試料に１００回の摩擦を加えた。試験回数は３回とし拡大鏡を用いて試料の状態を観察した。摩擦後の試料の融着状態を３つの記号で区分けした。○は融着保持または単糸浮き１本以下、△は単糸浮き２本〜３本、×は融着時形状を留めていない状態とした。

紡出糸に含まれる揮発溶剤の含有率
紡糸金口から乾燥オーブンを経て得られた紡出糸を８０℃〜９０℃の真空条件下に投入し、紡出糸の重量が平衡になるまで揮発性溶剤を蒸発させ、紡出糸の乾燥前重量と紡出糸の乾燥後重量から揮発性溶剤の含有率を式１より求めた。
揮発性溶剤含有率（％）＝［（乾燥前重量−乾燥後重量）／乾燥前重量］×１００（％） ・・・式１

未延伸糸に含まれる揮発性溶剤の含有率
紡糸工程で得られた未延伸糸を８０℃〜９０℃の真空条件下に投入し、未延伸糸の重量が平衡になるまで揮発性溶剤を蒸発させ、未延伸糸の乾燥前重量と未延伸糸の乾燥後重量から揮発性溶剤の含有率を式２より求めた。
揮発性溶剤含有率（％）＝［（乾燥前重量−乾燥後重量）／乾燥前重量］×１００（％）・・・式２

（実施例１）
極限粘度数２１．０、分子量分布指数Ｍｗ／Ｍｎ＝３．７の超高分子量ポリエチレン１０重量％と揮発性溶剤であるデカリン９０重量％とのスラリー状混合物を、２３０℃に設定したスクリュー型混練機に供給し、溶解させて紡糸液とした後、１７０℃の紡糸口金（穴径０．７ｍｍφ×孔数３０）を用いて、単孔吐出量２．５ｇ／分で紡糸した。紡糸口金からの紡出糸に含まれるデカリンを蒸発させない様にネルソン状ローラーにより４０ｍ／分で引き取った。直ちにＵ溝ガイドローラー（溝底部半径＝Ｒ１．５）６個を設置した１４８℃の延伸オーブン中で６倍に延伸して未延伸糸を得た。次いで１４９℃の延伸オーブン中で２．５倍に延伸して延伸糸を得た。得られた繊維の諸物性、すなわち極限粘度、揮発性溶剤含有率、繊度、強度、弾性率、示差走査熱量測定（ＤＳＣ）による最大融解ピーク温度、ピークの高さ比及びピーク面積の比、並びに摩擦試験の結果を表１に示す。また摩擦試験後の繊維の状態を図２に示す。

実施例１においては、紡糸等での糸切れもなく優れた可紡性を示し、繊維同士が融着した未延伸糸を得た。更に得られた延伸糸は示差走査熱量測定（ＤＳＣ）にて低温側に明確な融解ピークが生じた。更に摩擦試験を加えても融着状態は良好であった。

（実施例２）
Ｕ溝ガイドローラーの設置個数を１０個に増やした以外実施例１と同様の方法で延伸糸を得た。得られた繊維の諸物性を表１に示す。また摩擦試験後の繊維の状態を図３に示す。

実施例２おいては、紡糸等での糸切れもなく優れた可紡性を示し、繊維同士が融着した未延伸糸を得た。更に得られた延伸糸は示差走査熱量測定（ＤＳＣ）にて低温側に明確な融解ピークが生じた。更に摩擦試験を加えても繊維同士の融着状態は良好であった。

（実施例３）
延伸オーブン温度を１４５℃にした以外実施例２と同様の方法で延伸糸を得た。得られた繊維の諸物性を表１に示す。また摩擦試験後の繊維の状態を図４に示す。

実施例３おいては、紡糸等での糸切れもなく優れた可紡性を示し、繊維同士が融着した未延伸糸を得た。更に得られた延伸糸は示差走査熱量測定（ＤＳＣ）にて低温側に緩やかな融解ピークが生じた。摩擦試験後は単糸浮きが一部に認められたものの、融着状態は良好であった。

（実施例４）
延伸オーブン中のＵ溝ガイドローラー個数を４個にした以外実施例１と同様の方法で延伸糸を得た。得られた繊維の諸物性を表１に示す。また摩擦試験後の繊維の状態を図５に示す。

実施例４おいては、紡糸等での糸切れもなく優れた可紡性を示し、繊維同士が融着した未延伸糸を得た。更に得られた延伸糸は示差走査熱量測定（ＤＳＣ）にて低温側に緩やかな融解ピークが生じた。摩擦試験では繊維同士の融着が数箇所外れた程度であった。

（比較例１）
延伸オーブン温度を１４８℃から意図的に１４５℃へ下げ、繊維同士の融着の程度を調べた、ガイドローラー溝形状及び設置個数は実施例１と同様にした。得られた繊維の諸物性を表１に示す。また摩擦試験後の繊維の状態を図６に示す。

比較例１においては、紡糸等での糸切れもなく優れた可紡性を示したものの、未延伸糸の段階で個々に数本の単糸が集束したマルチフィラメント状となっていた。未延伸糸に１４９℃の延伸を行っても繊維同士は融着しなかった。摩擦試験後の形態も同様の形態であった。示差走査熱量測定（ＤＳＣ）には低温側の融解ピークが生じ無かった。これは延伸オーブンの温度を下げると、延伸オーブン中のＵ溝ガイドローラーで集束された揮発溶剤を含んだ繊維であっても、繊維の一部が融解し難い為に、繊維同士の融着が弱くなったと考えられる。

（比較例２）
延伸オーブン中のガイドローラーの溝形状を平溝ガイドローラー６個にした以外実施例１と同様にした。得られた繊維の諸物性を表１に示す。また摩擦試験後の繊維の状態を図７に示す。

比較例２においては、紡糸等での糸切れもなく優れた可紡性を示したものの、比較例１と同様のマルチフィラメント状の未延伸糸となった。未延伸糸に１４９℃の延伸を行っても繊維同士は融着しなかった。摩擦試験後の形態もマルチフィラメント状の形態であった。示差走査熱量測定（ＤＳＣ）には低温側の融解ピークが生じ無かった。延伸オーブン中のガイドローラーの溝形状が平溝だと繊維同士の集束が弱い為と考えられる。

（比較例３）
紡糸口金から吐出した直後に窒素ガスを当て紡出糸に含まれる揮発性溶剤であるデカリンを積極的に蒸発させた以外実施例１と同様にした。得られた繊維の諸物性を表１に示す。また摩擦試験後の繊維の状態を図８に示す。

比較例３においては、紡糸等での糸切れもなく優れた可紡性を示したものの、個々に数本の単糸が集束したマルチフィラメント状の未延伸糸となっていた。未延伸糸に１４９℃の延伸を行っても繊維同士は融着しなかった。摩擦試験後の形態も同様の形態であった。示差走査熱量測定（ＤＳＣ）には低温側の最大融解ピークが生じ無かった。紡出糸に含まれる揮発性溶剤であるデカリンの含有量が少ないと繊維同士の融着も弱くなると考えられる。

（比較例４）
延伸オーブン温度を１５５℃にした以外実施例１と同様にした。得られた繊維の諸物性を表１に示す。

比較例４においては、紡糸等で糸切れが多発しながらも繊維同士が融着した未延伸糸を得た。未延伸糸に１４９℃の延伸を行うと糸切れが多発した。ようやく得られた延伸糸は摩擦試験に掛けた直後に糸切れした。示差走査熱量測定（ＤＳＣ）には最大融解ピークの高さ比と融解ピークの面積比が小さいことから、延伸ゾーン通過中に繊維の一部が過剰に融解し強度に寄与する高配向（結晶）の高密度ポリエチレン繊維が少なくなった為と考えられる。

（比較例５）
紡糸口金から吐出した紡出糸に含まれる揮発性溶剤であるデカリンができる限り蒸発しないように紡糸口金とネルソン状ローラーと距離を意図的に短くし、延伸オーブンへ紡出糸を通した以外は実施例１と同じ様にした。紡出糸に含まれる揮発性溶剤の含有量を表１に示す。

比較例５においては延伸オーブン紡出糸を通すと糸切れが頻発し、未延伸糸が得られなかった。紡出糸に含まれる揮発性溶剤であるデカリン濃度が多すぎると、紡出糸に延伸できる十分に強さが無く溶断したと考えられる。

実施例１〜４のモノフィラメント様ポリエチレン繊維に示差走査熱量測定（ＤＳＣ）にて低温側に融解ピークが生じたのは、延伸オーブン中を通過する紡出糸に含まれた揮発性溶剤と、ガイドローラー溝形状による繊維の集束と、延伸オーブンの熱によって繊維同士が融着したとみられる。繊維同士の融着の程度は例えば図１１に示す様に、繊維断面を顕微鏡で観察すると隣接し合う繊維同士の境目が分り難いことが確認できる。

本発明によれば、従来の高強度ポリエチレン繊維と同程度の強度および弾性率を有しながら、繊維同士が融着したモノフィラメント様高強度ポリエチレン繊維が得られる。かかるモノフィラメント様高強度ポリエチレン繊維は、例えば、釣り糸として、あるいはコンクリート補強材用の補強繊維として、産業上、広範囲に応用可能である。

１：ベースライン
２：超高分子量ポリエチレン繊維の一部が融解した未配向（非結晶構造）部分の融解ピーク
３：超高分子量ポリエチレン繊維の高配向（結晶構造）部分の融解ピーク
４：再昇温による融解ピーク

Claims (4)

1. 繰返し単位が実質的にエチレンである超高分子量ポリエチレンからなり、平均強度が２０ｃＮ/ｄｔｅｘ以上であり、示差走査型熱量測定（DSC)における昇温速度１０℃/分でのＤＳＣ曲線が１２５〜１３５℃の温度領域（低温側）に少なくとも１本の融解ピークを示し、かつ１４０℃〜１４８℃の温度領域（高温側）に少なくとも１本の融解ピークを示し、
   示差走査型熱量測定（DSC)における昇温速度１０℃/分でのDSC曲線における低温側の最大融解ピークと高温側の最大融解ピークとの高さの比が１：１０〜１：２０である、ことを特徴とする高強度ポリエチレン繊維。
2. 示差走査型熱量測定（DSC)における昇温速度１０℃/分でのDSC曲線における低温側の最大融解ピークと高温側の最大融解ピークとの面積の比が１：２〜１：８である、請求項１に記載の高強度ポリエチレン繊維。
3. 前記超高分子量ポリエチレンの極限粘度数が５以上３０以下である、請求項１または２に記載の高強度ポリエチレン繊維。
4. 一般紡績糸試験方法(JIS L 1095)のうち摩耗強さを測定するＢ法に準拠した摩擦試験において、摩擦回数１００後に繊維同士の融着が保持されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の高強度ポリエチレン繊維。